硅基马赫曾德尔电光调制器驱动电极研究.pdf

《硅基马赫曾德尔电光调制器驱动电极研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硅基马赫曾德尔电光调制器驱动电极研究院系：电子工程系专业：电子科学与技术作者：王金廷导师：周林杰研究方向：硅基光电子集成器件2014年12月STUDYOFDRIVINGELECTRODESFORSILICONMACH-ZEHNDERELECTRO-OPTICMODULATORSDepartment：ElectronicEngineeringAuthor:JintingWangAdvisor:LinjieZhouSpecialty:ElectronicScienceandTechnologyResearchdirection：Siliconoptoelectronicintegrate

2、ddevicesDecember,2014上海交通大学硕士学位论文硅基马赫曾德尔电光调制器驱动电极研究摘要随着CPU运算速度的不断提高，电互连在带宽、延迟和功耗上的瓶颈效应越来越明显，基于硅基光子学的光电混合集成（Optoeletronicintegratedcircuit，OEIC）被认为是一种可行的替代方式。电光调制器作为电信号到光信号转换过程中的核心器件显得尤为重要，硅基调制器由于其与微电子工艺的兼容性，有利于实现低成本光电集成。本文对硅基马赫曾德尔电光调制器驱动电极的设计原理与实验性能进行了深入研究，着重优化设计了行波电极，实现了高速信号调制，完成的工作包括以下几个方面：（1

3、）单端驱动行波电极的优化设计为了便于设计高阶调制器，本文设计了单端驱动行波电极结构，在这种结构中行波电极位于调制臂的两侧，两臂中间为高浓度掺杂硅层，通过金属过孔与外部直流偏置电源相连。采用传输线电路模型对电极进行分析，结合仿真结果得出行波电极各个尺寸参数对传输性能的影响，从而对行波电极进行优化设计，实现了32Gbit/s的二进制相移键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）信号调制。第I页上海交通大学硕士学位论文（2）多路直流偏置电源的设计为了给调制器提供多路稳定直流偏置电压，设计出基于LM317芯片的40路线性稳压电源。实验证明其输出电压稳定，可调精度高。（3）

4、片上50Ω匹配电阻的设计为了与行波电极进行阻抗匹配，在行波电极末端使用高浓度掺杂硅层设计出50Ω片上匹配电阻。SILVACO三维仿真工具可以根据硅层的长、宽、高、掺杂浓度、通孔位置来仿真确定硅层的具体电阻值。设计一系列不同阻值的硅电阻，并与实验结果进行对比，找到稳定的工艺误差，在后续设计中对工艺误差进行补偿，从而设计出精确的50Ω硅电阻。（4）光电互连工艺的实现为了实现光电互连，采用引线键合工艺连接调制器芯片和直流偏置电源，克服了探针数量和空间的限制，不仅降低了实验成本，而且提高了设计大规模光电器件的可行性和灵活性。关键词：光电混合集成，行波电极，电光调制器，直流偏置电源,引线键合第

5、II页上海交通大学硕士学位论文STUDYOFDRIVINGELECTRODESFORSILICONMACH-ZEHNDERELECTRO-OPTICMODULATORSABSTRACTWiththecontinuousimprovementincentralprocessingunits(CPUs)speed,theelectricalinterconnectsgraduallybecomethebottleneckforthefurtherimprovementofcomputingperformancesduetoitslargedelay,lowbandwidth,andhig

6、hpowerconsumption.Optoelectronicintegratedcircuitbasedonsiliconphotonicshavebeenregardedasapromisingsolutiontothisissue.Asakeycomponentinphotoelectricconversion,modulatorsareveryimportant.Duetocompatibilitywithcomplementarymetal-oxide-semiconductor(CMOS)processes,siliconmodulatorscanachievelow-

7、costoptoelectronicintegration.Inthisthesis,designprinciplesandexperimentalperformanceofthedriveelectrodesofMach-Zehnderelectro-opticmodulatorhavebeenstudied.Byoptimizingthedesignoftraveling-waveelectrodes,High-speedmodulationhasbe